ITBG20080052A1 - ELECTRIC NEUROSTIMULATOR - Google Patents

Description

titolo: “Neurostimolatore elettrico" title: â € œElectric neurostimulator "

DESCRIZIONE DESCRIPTION

La presente invenzione si riferisce ad un neurostimolatore elettrico, in particolare realizzato su un unico circuito integrato, e ad un metodo per fornire stimoli elettrici. The present invention relates to an electrical neurostimulator, in particular made on a single integrated circuit, and to a method for providing electrical stimuli.

Sistemi impiantabili come i pacemaker, gli impianti per la coclea, la colonna spinale e quelli cerebrali sono largamente usati per il trattamento di malattie, e sono esempi di sistemi in cui à ̈ fondamentale poter stimolare il paziente, oltre a raccogliere informazioni. Ciò à ̈ ancora più vero nei sistemi in via di sviluppo, ad esempio per il controllo di tremori, di balbettio, per protesi visive, o per riabilitazione (le neuroprotesi), dove l'intero sistema paziente-protesi à ̈ reazionato; si tratta quindi di poter acquisire segnali neuronali e poter stimolare le cellule. Implantable systems such as pacemakers, cochlea, spinal column and brain implants are widely used for the treatment of diseases, and are examples of systems where it is essential to be able to stimulate the patient, as well as gather information. This is even more true in developing systems, for example for the control of tremors, babble, for visual prostheses, or for rehabilitation (neuroprostheses), where the entire patient-prosthesis system is reacted; it is therefore a question of being able to acquire neuronal signals and be able to stimulate cells.

La lettura del segnale avviene attraverso un microelettrodo impiantato. Poiché la densità di cellule nervose à ̈ molto alta, la punta dell'elettrodo può trovarsi ad interagire con diversi neuroni, ognuno dei quali può dare un segnale leggibile. Se questo avviene, il segnale finale à ̈ una media dei segnali dei singoli neuroni, e non contiene più le informazioni volute; si rende allora necessario selezionare un solo neurone per volta. Ciò si ottiene realizzando l'elettrodo di dimensioni piccole rispetto alla regione interessata, ovvero circa 30-100 pm. Le piccole dimensioni, però, implicano che l'impedenza del microelettrodo aumenti fino a 500 kQ - 1ΜΩ. The signal is read through an implanted microelectrode. Since the density of nerve cells is very high, the tip of the electrode can interact with several neurons, each of which can give a readable signal. If this happens, the final signal is an average of the signals of the single neurons, and no longer contains the desired information; it is then necessary to select only one neuron at a time. This is achieved by making the electrode small in size with respect to the region of interest, ie about 30-100 pm. The small size, however, means that the impedance of the microelectrode increases up to 500 kQ - 1ΜΠ©.

Tali valori influenzano il modulo di stimolazione. Questo deve far fluire una determinata carica elettrica attraverso i tessuti in modo controllato, così da stimolare la depolarizzazione delle cellule. Poiché le impedenze dovute sia agli elettrodi che al tessuto stesso sono ampiamente variabili, à ̈ quindi necessario realizzare lo stimolatore come un generatore di corrente. Poiché le correnti in gioco sono dell'ordine di qualche decina di milliAmpere, à ̈ evidente che il blocco di stimolo funzionerà con tensioni di qualche decina di Volt. These values affect the stimulation module. This must cause a certain electric charge to flow through the tissues in a controlled way, so as to stimulate the depolarization of the cells. Since the impedances due both to the electrodes and to the tissue itself are widely variable, it is therefore necessary to realize the stimulator as a current generator. Since the currents involved are of the order of a few tens of milliAmpere, it is evident that the stimulus block will work with voltages of a few tens of Volts.

Inoltre, un sistema realistico deve necessariamente essere di tipo multielettrodo, dove à ̈ possibile selezionare i microelettrodi su comando. Furthermore, a realistic system must necessarily be of the multielectrode type, where it is possible to select the microelectrodes on command.

Nasce quindi la necessità di realizzare lo stimolatore in una tecnologia in grado di sopportare alte tensioni. Tuttavia la fase di lettura dell’attività neuronaie, che avviene amplificando il segnale di tensione che si sviluppa sull’elettrodo in seguito alla stimolazione, deve invece avvenire tramite circuiti a bassa tensione, sia per necessità di risparmiare potenza sia perché tecnologie più scalate consentono una più efficiente elaborazione del segnale. Hence the need to realize the stimulator in a technology capable of withstanding high voltages. However, the reading phase of neuronal activity, which takes place by amplifying the voltage signal that develops on the electrode following stimulation, must instead take place through low voltage circuits, both for the need to save power and because more technologies scaled allow for more efficient signal processing.

Scopo della presente invenzione à ̈ quello di provvedere ad un neurostimolatore elettrico in grado di provvedere su un singolo chip le funzioni di stimolo ad alta tensione e di lettura a bassa tensione in modo contemporaneo e dallo stesso elettrodo. The purpose of the present invention is to provide an electrical neurostimulator capable of providing on a single chip the high voltage stimulus and low voltage reading functions simultaneously and from the same electrode.

Altro scopo à ̈ quello di provvedere ad un neurostimolatore elettrico che sia di semplice realizzazione. Another purpose is to provide an electrical neurostimulator that is simple to make.

In accordo con la presente invenzione, tali scopi ed altri ancora vengono raggiunti da un neurostimolatore elettrico di un paziente, il cui circuito elettrico à ̈ posto su un unico circuito integrato, comprendente: un generatore di stimoli elettrici; un lettore dei segnali ricevuti da detto paziente; almeno un elettrodo applicato a detto paziente; detto almeno un elettrodo riceve detti stimoli elettrici e li invia a detto paziente; detto almeno un elettrodo riceve almeno un segnale da detto paziente e lo invia a detto lettore dei segnali; mezzi di commutazione per connettere selettivamente detto almeno un elettrodo a detto generatore di stimoli elettrici o a detto lettore del segnali. In accordance with the present invention, these objects and others are achieved by an electrical neurostimulator of a patient, whose electrical circuit is placed on a single integrated circuit, comprising: a generator of electrical stimuli; a reader of the signals received by said patient; at least one electrode applied to said patient; said at least one electrode receives said electrical stimuli and sends them to said patient; said at least one electrode receives at least one signal from said patient and sends it to said signal reader; switching means for selectively connecting said at least one electrode to said electrical stimulus generator or to said signal reader.

Tali scopi vengono anche raggiunti da un metodo per fornire stimoli elettrici tramite un circuito elettrico realizzato su un unico circuito integrato comprendente le fasi di: generare stimoli elettrici; fornire detti stimoli ad almeno un elettrodo; leggere gli stimoli ricevuto da detto almeno un elettrodo; detta fase di fornire detti stimoli e leggere gli stimoli da detto almeno un elettrodo avvengono in momenti temporali separati. These purposes are also achieved by a method for supplying electrical stimuli by means of an electrical circuit made on a single integrated circuit comprising the steps of: generating electrical stimuli; supplying said stimuli to at least one electrode; reading the stimuli received from said at least one electrode; said step of providing said stimuli and reading the stimuli from said at least one electrode take place at separate moments in time.

Ulteriori caratteristiche dell'invenzione sono descritte nelle rivendicazioni dipendenti. Further characteristics of the invention are described in the dependent claims.

Le funzioni di stimolo ad alta tensione e di lettura a bassa tensione sono molto importanti nelle applicazioni neurofisiologiche, dove le correnti e le impedenze in gioco richiedono l'utilizzo di un modulo ad alta tensione (HV) senza rinunciare alle prestazioni in lettura di un modulo a bassa tensione (LV). Il sistema inoltre implementa un metodo per la protezione dello stadio LV che permette di poter leggere il segnale dallo stesso elettrodo usato per la stimolazione. Questo garantisce di acquisire il segnale dalla stessa regione che à ̈ stata prima stimolata, permettendo di valutare esattamente l'effetto della stimolazione. The high voltage stimulus and low voltage reading functions are very important in neurophysiological applications, where the currents and impedances involved require the use of a high voltage (HV) module without sacrificing the reading performance of a module. low voltage (LV). The system also implements a method for the protection of the LV stage which allows to read the signal from the same electrode used for stimulation. This ensures that you acquire the signal from the same region that was previously stimulated, allowing you to accurately assess the effect of the stimulation.

Le caratteristiche ed i vantaggi della presente invenzione risulteranno evidenti dalla seguente descrizione dettagliata di una sua forma di realizzazione pratica, illustrata a titolo di esempio non limitativo négli uniti disegni, nei quali: The characteristics and advantages of the present invention will become evident from the following detailed description of a practical embodiment thereof, illustrated by way of non-limiting example or the accompanying drawings, in which:

la figura 1 mostra schematicamente uno schema a blocchi di un neurostimolatore elettrico, in accordo alla presente invenzione; Figure 1 schematically shows a block diagram of an electrical neurostimulator, according to the present invention;

la figura 2 mostra schematicamente un dettaglio dello schema a blocchi di figura 1 , in particolare del circuito di protezione e di selezione, in accordo alla presente invenzione; figure 2 schematically shows a detail of the block diagram of figure 1, in particular of the protection and selection circuit, according to the present invention;

la figura 3 mostra schematicamente un dettaglio dello schema a blocchi di figura 1 , in particolare del traslatore di livello, in accordo alla presente invenzione; figure 3 schematically shows a detail of the block diagram of figure 1, in particular of the level shifter, according to the present invention;

la figura 4 mostra schematicamente un dettaglio dello schema a blocchi di figura 1 , in particolare del generatore di corrente, in accordo alla presente invenzione. Figure 4 schematically shows a detail of the block diagram of Figure 1, in particular of the current generator, according to the present invention.

Riferendosi alle figure allegate, un neurostimolatore elettrico, in accordo alla presente invenzione, comprende un convertitore 10 digitale/analogico a m bit (tipicamente m=5) connesso ad un generatore di corrente 11. Al generatore di corrente 11 Ã ̈ connesso un ingresso 12 di attivazione del generatore 11 stesso. With reference to the attached figures, an electrical neurostimulator, according to the present invention, comprises a digital / analog converter 10 with m bit (typically m = 5) connected to a current generator 11. An input 12 is connected to the current generator 11. activation of the generator 11 itself.

L’uscita del generatore di corrente 11 à ̈ connessa ad un selettore 13, atto a selezionare un elettrodo della pluralità degli elettrodi 14. The output of the current generator 11 is connected to a selector 13, adapted to select an electrode from the plurality of electrodes 14.

All’uscita del generatore di corrente 11 à ̈ anche connesso un circuito di azzeramento 15 comandato da un segnale di azzeramento attraverso l’ingresso di azzeramento 16. Also connected to the output of the current generator 11 is a reset circuit 15 controlled by a reset signal through the reset input 16.

Ogni elettrodo 14 Ã ̈ connesso ad un circuito 17 di protezione e di selezione di un amplificatore di lettura 18, connesso a detto circuito 17. Each electrode 14 is connected to a protection and selection circuit 17 of a reading amplifier 18, connected to said circuit 17.

Ad ogni circuito 17 di protezione e di selezione à ̈ connesso un segnale lettura, attraverso l’ingresso di lettura 19. A reading signal is connected to each protection and selection circuit 17, through the reading input 19.

L’uscita di ogni amplificatore di lettura 18 à ̈ connesso ad un sistema di lettura e di elaborazione 20. The output of each reading amplifier 18 is connected to a reading and processing system 20.

Il neurostimolatore elettrico comprende inoltre un registro seriale 20 programmabile, che in base ad un segnale presente ad un suo ingresso 21 , fornisce alla sua uscita 22 il segnale per attivare il selettore 13 ed abilitare l’elettrodo 14 voluto. The electrical neurostimulator also comprises a programmable serial register 20 which, on the basis of a signal present at one of its inputs 21, supplies at its output 22 the signal for activating the selector 13 and enabling the desired electrode 14.

Il neurostimolatore elettrico, in accordo alla presente invenzione, à ̈ realizzato su un unico circuito integrato, ossia tutti circuiti descritti sono integrati su un unico e comune substrato. Ciò à ̈ stato possibile grazie ad una scelta oculata ed appropriata dei vari tipi di transistori. The electrical neurostimulator, according to the present invention, is made on a single integrated circuit, i.e. all the circuits described are integrated on a single and common substrate. This was possible thanks to a careful and appropriate choice of the various types of transistors.

Il circuito integrato in questione à ̈ alimentato tra 1.5V e -1.5V per quanto riguarda la sezione a bassa tensione (LV) e tra 1.5V e -48. 5V per ciò che concerne la sezione ad alta tensione (HV). il fatto di alimentare con tensioni negative la sezione HV del circuito à ̈ legato alla necessità di stimolare con correnti negative (cioà ̈ estratte dagli elettrodi, che si assumono riferiti a massa) e quindi di generare tensioni negative sull’elettrodo stesso. Il substrato del circuito à ̈ connesso alla tensione più bassa del circuito, cioà ̈ a -48. 5V. The integrated circuit in question is powered between 1.5V and -1.5V for the low voltage section (LV) and between 1.5V and -48. 5V for what concerns the high voltage section (HV). the fact of supplying the HV section of the circuit with negative voltages is linked to the need to stimulate with negative currents (ie extracted from the electrodes, which are assumed to refer to ground) and therefore to generate negative voltages on the electrode itself. The circuit substrate is connected to the lowest voltage of the circuit, ie at -48. 5V.

I transistori, definiti come MOS_LV, da utilizzare nella sezione LV sopportano una massima tensione tra i loro terminali di drain e source dì 3V, così come la massima tensione di pilotaggio (cioà ̈ la tensione tra gate e source) può essere al massimo di 3V. The transistors, defined as MOS_LV, to be used in the LV section bear a maximum voltage between their drain and source terminals of 3V, as well as the maximum driving voltage (i.e. the voltage between gate and source) can be at most of 3V.

I transistor per la sezione HV, cioà ̈ i transistor in grado di sostenere 50V tra i loro terminali di source e drain, sono di due tipi differenti: i transistor definiti MOS_HV_THICK (cioà ̈ con ossido spesso) oltre a sostenere fino a 50V tra source e drain sostengono anche 50V come tensione di pilotaggio, cioà ̈ tra gate e source, mentre i definiti MOS_HV_THIN (cioà ̈ con ossido sottile) sostengono una tensione massima tra gate e source di 3V. La differenza tra i due tipi di transistor à ̈ che, se usati come interruttori, i primi si accendono (cioà ̈ l’interruttore si chiude correttamente) con una tensione tra gate e source alta, mentre per la seconda categoria di MOS à ̈ sufficiente una tensione di 3V. The transistors for the HV section, i.e. the transistors capable of supporting 50V between their source and drain terminals, are of two different types: the transistors defined MOS_HV_THICK (i.e. with thick oxide) as well as supporting up to 50V between sources and drain also support 50V as driving voltage, ie between gate and source, while the defined MOS_HV_THIN (ie with thin oxide) support a maximum voltage between gate and source of 3V. The difference between the two types of transistors is that, when used as switches, the first ones turn on (that is, the switch closes correctly) with a high voltage between gate and source, while for the second category of MOS it is a voltage of 3V is sufficient.

II circuito 17 di protezione e di selezione comprende un transistore 30, del tipo MOS_HV_THICK, corrispondente ad un interruttore del selettore 13, che ha il drain connesso all’uscita del generatore di corrente 11 , il gate connesso alla sezione HV di un traslatore di livello 31 ed il source connesso ad un elettrodo 14. La sezione LV del traslatore di livello 31 à ̈ connessa ad un ingresso 19. The protection and selection circuit 17 comprises a transistor 30, of the MOS_HV_THICK type, corresponding to a switch of the selector 13, which has the drain connected to the output of the current generator 11, the gate connected to the HV section of a level 31 and the source connected to an electrode 14. The LV section of the level translator 31 is connected to an input 19.

All’ingresso 19 à ̈ anche connesso un invertitore 32 realizzato con due transistori del tipo MOS_LV. La sua uscita à ̈ connessa al gate di un transistore 33, del tipo NMOS_LV, che ha il source connesso a massa ed il drain connesso al source di un transistore 34 del tipo PMOS_HV_THIN, il cui drain à ̈ connesso al source del transistore 30, ed il gate connesso al gate del transistore 33. Il drain del transistore 33 à ̈ anche connesso all’ingresso non invertente di un amplificatore 18, il cui ingresso invertente à ̈ connesso a massa. An inverter 32 made with two transistors of the MOS_LV type is also connected to the input 19. Its output is connected to the gate of a transistor 33, of the NMOS_LV type, which has the source connected to ground and the drain connected to the source of a transistor 34 of the PMOS_HV_THIN type, whose drain is connected to the source of the transistor 30, and the gate connected to the gate of the transistor 33. The drain of the transistor 33 is also connected to the non-inverting input of an amplifier 18, whose inverting input is connected to ground.

Tale circuito 17 Ã ̈ replicato per ogni elettrodo 14 presente nel neurostimolatore. This circuit 17 is replicated for each electrode 14 present in the neurostimulator.

Il traslatore di livello 31 comprende un ingresso 40 della sezione LV connesso ad un invertitore 41 realizzato con due transistori del tipo MOS_LV alimentati tra le tensioni 1 ,5V e -1 ,5 V. L’uscita dell’invertitore 41 à ̈ connessa al gate di un transistore 42, del tipo PMOS_HV_THIN, il cui source à ̈ connesso all’alimentazione a 1 ,5 V, ed il drain à ̈ connesso al drain dì un transistore 43, del tipo NMOS_HV_THICK, il cui source à ̈ connesso all’alimentazione di -48,5 V. Il drain del transistore 42 à ̈ anche connesso ad un terminale di uscita 44 della sezione HV. Il gate del transistore 43 à ̈ connesso al drain di un transistore 45, del tipo NMOS_HV_THICK, il cui source à ̈ connesso all'alimentazione di -48,5 V. Il gate del transistore 45 à ̈ connesso al terminale 44. Il drain del transistore 45 à ̈ anche connesso al drain di un transistore 46, del tipo PMOS_HV_THICK, il cui source à ̈ connesso all’alimentazione di 1 ,5 V. Il gate del transistore 46 à ̈ connesso all’ingresso 40. The level translator 31 comprises an input 40 of the LV section connected to an inverter 41 made with two transistors of the MOS_LV type fed between the voltages 1, 5V and -1, 5 V. The output of the inverter 41 is connected to the gate of a transistor 42, of the PMOS_HV_THIN type, whose source is connected to the power supply at 1.5 V, and the drain is connected to the drain gives a transistor 43, of the NMOS_HV_THICK type, whose source is connected to the -48.5 V power supply. The drain of transistor 42 is also connected to an output terminal 44 of the HV section. The gate of transistor 43 is connected to the drain of a transistor 45, of the NMOS_HV_THICK type, whose source is connected to the -48.5 V power supply. The gate of transistor 45 is connected to terminal 44. The drain of the transistor transistor 45 is also connected to the drain of a transistor 46, of the PMOS_HV_THICK type, whose source is connected to the 1.5 V power supply. The gate of transistor 46 is connected to input 40.

Il generatore di corrente 11 comprende uno specchio di corrente 50 realizzato con transistori NMOS_LV, avente un ramo di ingresso 51 al quale viene fornita una corrente di riferimento all’ingresso 52, ed un pluralità di rami di uscita 53. Ogni ramo 53 fornisce una corrente doppia di quella del ramo che lo precede. Ogni ramo 53 ha un ingresso 54 di abilitazione del ramo. Un circuito di selezione 55, composto da circuiti AND, riceve in ingresso la parola digitale impostato ed il segnale di attivazione dall’ingresso 12, e fornisce in uscita i segnali di abilitazione della pluralità dei rami 53, agli ingressi 54. The current generator 11 comprises a current mirror 50 made with NMOS_LV transistors, having an input branch 51 to which a reference current is supplied to the input 52, and a plurality of output branches 53. Each branch 53 provides a double current than that of the branch that precedes it. Each branch 53 has a branch enable input 54. A selection circuit 55, composed of AND circuits, receives the set digital word and the activation signal from input 12 at its input, and outputs the enabling signals of the plurality of branches 53 to inputs 54.

L’uscita della pluralità dei rami 53 à ̈ connessa ad uno specchio di corrente 56 realizzato con transistori del tipo PMOS_HV_THIN connessi all’alimentazione 1 ,5 V. The output of the plurality of branches 53 is connected to a current mirror 56 made with transistors of the PMOS_HV_THIN type connected to the 1.5 V power supply.

L’uscita dello specchio di corrente 56 à ̈ connesso ad un altro specchio di corrente 57 realizzato con transistori del tipo NMOS_HV_THICK connessi all’alimentazione -48,5 V. A tale specchio di corrente vi à ̈ una uscita 58 del generatore di corrente 11 (che in effetti à ̈ un ingresso di corrente). The output of the current mirror 56 is connected to another current mirror 57 made with transistors of the NMOS_HV_THICK type connected to the -48.5 V power supply. In this current mirror there is an output 58 of the generator. current 11 (which is actually a current input).

Il circuito di azzeramento 15 comprende un transistore del tipo PMOS_HV_THIN, avente il drain connesso all’uscita 58, il source a massa ed il gate all’ingresso di azzeramento 16. The reset circuit 15 comprises a transistor of the PMOS_HV_THIN type, having the drain connected to the output 58, the source to ground and the gate to the reset input 16.

Il generatore di corrente 11 consta di una sezione LV in cui viene controllata tramite un DAC la corrente da fornire all’elettrodo oltre al comando di stimolo 12, attivo alto, che abilita o disabilita il generatore di corrente 11. The current generator 11 consists of an LV section in which the current to be supplied to the electrode is controlled by a DAC in addition to the stimulus command 12, active high, which enables or disables the current generator 11.

Il generatore di corrente 11 à ̈ in grado di generare una corrente proporzionale al valore binario dei bit ricevuti dal convertitore analogico/digitale 10. Tipicamente la corrente massima erogata à ̈ dell’ordine di 32 Î1⁄4Α, con una risoluzione di 1 Î1⁄4Α. The current generator 11 is able to generate a current proportional to the binary value of the bits received by the analog / digital converter 10. Typically the maximum current supplied is of the order of 32 Î1⁄4Î ', with a resolution of 1 Î1⁄4Î '.

Durante la fase di stimolo, al fine di erogare una corrente al carico, sul nodo collegato all’elettrodo 14 stimolato può svilupparsi una tensione elevata. Prima di poter effettuare la lettura (cioà ̈ l'amplificazione) da tale elettrodo con la catena di lettura LV, bisogna attendere che tale tensione ritorni ad un livello sufficientemente basso, ossia che sia compresa tra -1.5V e 1.5V. Ciò implica una lunga fase di attesa prima della lettura, cosa che in generale si vuole evitare visto che l’attività conseguente ad uno stimolo tende a manifestarsi entro poche centinaia di microsecondi dopo la fine dello stimolo stesso. Per velocizzare il transitorio si utilizza il circuito di azzeramento 15, che viene attivato subito dopo la fine dello stimolo e che ha la funzione di riportare rapidamente la tensione ad un livello compatibile con il "mondo†LV. During the stimulation phase, in order to deliver a current to the load, a high voltage may develop on the node connected to the stimulated electrode 14. Before being able to carry out the reading (ie the amplification) from this electrode with the reading chain LV, it is necessary to wait for this voltage to return to a sufficiently low level, ie that it is between -1.5V and 1.5V. This implies a long waiting phase before reading, which in general we want to avoid since the activity resulting from a stimulus tends to manifest itself within a few hundred microseconds after the end of the stimulus itself. To speed up the transient, the reset circuit 15 is used, which is activated immediately after the end of the stimulus and which has the function of rapidly bringing the voltage back to a level compatible with the "world" LV.

Il circuito 17 di protezione e di selezione, durante la fase di stimolazione, laddove sull’elettrodo 14 si possono generare alte tensioni, isola gli amplificatori di lettura 18, e ne protegge gli ingressi contro sovratensioni. Nello stesso tempo l’elettrodo 14 da stimolare viene collegato alla linea del generatore di corrente in modo da permettere a quest’ultimo di forzare l'impulso di stimolo. La selezione dell’elettrodo da stimolare/leggere avviene tramite il selettore 13. The protection and selection circuit 17, during the stimulation phase, where high voltages can be generated on the electrode 14, isolates the reading amplifiers 18, and protects their inputs against overvoltages. At the same time the electrode 14 to be stimulated is connected to the line of the current generator so as to allow the latter to force the stimulus impulse. The selection of the electrode to be stimulated / read is done using selector 13.

Durante la fase di lettura del segnale neuronaie, il circuito 17 di protezione e di selezione, si occupa di mettere in comunicazione ogni elettrodo 14 con il rispettivo amplificatore di lettura 18. During the phase of reading the neuron signal, the protection and selection circuit 17 is responsible for putting each electrode 14 in communication with the respective reading amplifier 18.

In particolare, il segnale all’ingresso 19 à ̈ attivo (livello di tensione 1.5V) quando viene abilitata la lettura da parte degli amplificatori 18. Il segnale all’ingresso 19 viene negato dall’invertitore 32 LV che disattiva il transistore 33 e abilita il transistor 34 che mette in comunicazione l’elettrodo 14 con l’amplificatore 18. Lo stesso segnale all’ingresso 19 viene traslato ad un livello compatibile con il “mondo†HV dal traslatore di livello 31 che disattiva il transistore 30 disconnettendo in questo modo l’elettrodo 14 dal generatore di corrente 11. In particular, the signal at input 19 is active (voltage level 1.5V) when the reading by amplifiers 18 is enabled. The signal at input 19 is negated by the inverter 32 LV which deactivates the transistor 33 and enables the transistor 34 which puts the electrode 14 in communication with the amplifier 18. The same signal at the input 19 is translated to a level compatible with the â € œworldâ € HV by the level translator 31 which deactivates the transistor 30 thus disconnecting the electrode 14 from the current generator 11.

Quando viceversa il segnale all’ingresso 19 à ̈ basso (livello -1.5V), tramite l’invertitore 32, accende il transistore 33 che porta l’ingresso d amplificatore 18 a massa (0V) in modo da evitare che alte tensioni giungano su tale nodo. Nello stesso tempo disabilita il transistore 34 e, tramite il traslatore di livello 31 , chiude l’interruttore costituito dal transistore 30 connettendo l'elettrodo 14 al generatore di corrente 11. On the other hand, when the signal at input 19 is low (level -1.5V), through the inverter 32, it turns on the transistor 33 which brings the input of amplifier 18 to ground (0V) in order to avoid high tensions come to this node. At the same time it disables the transistor 34 and, by means of the level translator 31, closes the switch constituted by the transistor 30 by connecting the electrode 14 to the current generator 11.

Si osservi che à ̈ fondamentale la scelta del tipo di transistor che realizzano gli interruttori HV. L’interruttore 30 che realizza il collegamento tra l’elettrodo 14 ed il generatore di corrente 11 deve essere in grado di accendersi e spegnersi con una tensione di source molto bassa (prossima anche a -50V); pertanto questo interruttore deve essere realizzato con un transistor HV_THICK. Viceversa l’interruttore 34 che connette l’elettrodo 14 all’amplificatore 18 deve poter sopportare sul drain tensioni HV ma ha una tensione di source che à ̈ sempre di tipo LV, essendo tale nodo l’ingresso dell’amplificatore 18; questo transistor può quindi essere realizzato con un transistor HV_THIN e può essere direttamente pilotato da un segnale LV. It should be noted that the choice of the type of transistor that the HV switches make is fundamental. The switch 30 which makes the connection between the electrode 14 and the current generator 11 must be able to switch on and off with a very low source voltage (even close to -50V); therefore this switch must be made with a HV_THICK transistor. Conversely, the switch 34 which connects the electrode 14 to the amplifier 18 must be able to withstand HV voltages on the drain but has a source voltage which is always of the LV type, since this node is the input of the amplifier 18; this transistor can therefore be made with an HV_THIN transistor and can be directly driven by an LV signal.

Il traslatore di livello 31 deve convertire un segnale digitale LV in un segnale HV, cioà ̈ deve essere in grado di accendere e spegnere un transistor HV_THICK (il transistore 30). The level shifter 31 must convert a digital LV signal into an HV signal, that is, it must be capable of turning a HV_THICK transistor (transistor 30) on and off.

Esso à ̈ costituito da un invertitore 41 LV e da una sezione HV reazionata che converte il livello basso LV (pari a -1.5V) in un segnale HV a -48. 5V. Il segnale in uscita a tale traslatore 31 à ̈ quindi pari a 1.5V per il livello alto e -48. 5V per il livello basso. It consists of a 41 LV inverter and a feedback HV section which converts the low LV level (equal to -1.5V) into an HV signal at -48. 5V. The output signal to this translator 31 is therefore equal to 1.5V for the high level and -48. 5V for low.

Un sistema di controllo, non mostrato, gestisce tutti i comandi ai vari circuiti, in base alle impostazioni iniziali programmate. A control system, not shown, manages all the commands to the various circuits, based on the initial programmed settings.

Il neurostimolatore elettrico così concepito à ̈ suscettibile di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti ambito del concetto inventivo; inoltre tutti i dettagli sono sostituibili da elementi tecnicamente equivalenti. The electrical neurostimulator thus conceived is susceptible of numerous modifications and variations, all of which are within the scope of the inventive concept; furthermore, all the details can be replaced by technically equivalent elements.

Claims (16)

RIVENDICAZIONI 1. Neurostimolatore elettrico di un paziente, il cui circuito elettrico à ̈ posto su un unico circuito integrato, comprendente: un generatore di stimoli elettrici; un lettore dei segnali ricevuti da detto paziente; almeno un elettrodo applicato a detto paziente; detto almeno un elettrodo riceve detti stimoli elettrici e li invia a detto paziente; detto almeno un elettrodo riceve almeno un segnale da detto paziente e lo invia a detto lettore dei segnali; mezzi di commutazione per connettere selettivamente detto almeno un elettrodo a detto generatore di stimoli elettrici o a detto lettore dei segnali. CLAIMS 1. Electrical neurostimulator of a patient, the electrical circuit of which is placed on a single integrated circuit, comprising: a generator of electrical stimuli; a reader of the signals received by said patient; at least one electrode applied to said patient; said at least one electrode receives said electrical stimuli and sends them to said patient; said at least one electrode receives at least one signal from said patient and sends it to said signal reader; switching means for selectively connecting said at least one electrode to said generator of electrical stimuli or to said signal reader. 2. Neurostimolatore in accordo alla rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che detti mezzi di commutazione comprendono un primo interruttore posto tra detto generatore di stimoli elettrici e detto almeno un elettrodo ed un secondo interruttore tra detto almeno un elettrodo e detto lettore dei segnali. 2. Neurostimulator according to claim 1 characterized in that said switching means comprise a first switch placed between said generator of electrical stimuli and said at least one electrode and a second switch between said at least one electrode and said signal reader. 3. Neurostimolatore in accordo alla rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che detto lettore dei segnali comprende un ingresso; e dal fatto di comprendere un terzo interruttore posto tra detto ingresso ed una prima tensione prefissata. 3. Neurostimulator according to claim 1 characterized in that said signal reader comprises an input; and by comprising a third switch placed between said input and a first predetermined voltage. 4. Neurostimolatore in accordo alla rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che tra detto generatore di stimoli elettrici e detto almeno un elettrodo esiste una connessione; e dal fatto di comprendere un quarto interruttore posto tra detta connessione ed una seconda tensione prefissata. 4. Neurostimulator according to claim 1 characterized in that a connection exists between said generator of electrical stimuli and said at least one electrode; and by comprising a fourth switch placed between said connection and a second predetermined voltage. 5. Neurostimolatore in accordo alla rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che detto generatore di stimoli elettrici à ̈ alimentato con una tensione superiore a 30 V, e detto lettore dei segnali à ̈ alimentato con una tensione inferiore a 10 V. 5. Neurostimulator according to claim 1 characterized in that said generator of electrical stimuli is powered with a voltage higher than 30 V, and said signal reader is powered with a voltage lower than 10 V. 6. Neurostimolatore in accordo alla rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che detto generatore di stimoli elettrici à ̈ alimentato con una tensione superiore a 40 V, e detto lettore dei segnali à ̈ alimentato con una tensione inferiore a 5 V. 6. Neurostimulator according to claim 1 characterized in that said generator of electrical stimuli is powered with a voltage higher than 40 V, and said signal reader is powered with a voltage lower than 5 V. 7. Neurostimolatore in accordo alla rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che detto primo interruttore à ̈ realizzato con un transistore del tipo ad ossido spesso e può sostenere tra source e drain e tra gate e source, una tensione superiore a 40 V. 7. Neurostimulator according to claim 1 characterized in that said first switch is made with a thick oxide transistor and can sustain between source and drain and between gate and source, a voltage higher than 40 V. 8. Neurostimolatore in accordo alla rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che detto secondo interruttore à ̈ realizzato con un transistore del tipo ad ossido sottile e può sostenere tra source e drain una tensione superiore a 40 V, e tra gate e source una tensione inferiore a 5 V. 8. Neurostimulator according to claim 1 characterized by the fact that said second switch is made with a transistor of the thin oxide type and can sustain between source and drain a voltage higher than 40 V, and between gate and source a voltage lower than 5 V. 9. Neurostimolatore in accordo alla rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che detto terzo e detto quarto interruttore sono realizzati con un transistore che può sostenere tra source e drain una tensione inferiore a 5 V, e tra gate e source una tensione inferiore a 5 V. 9. Neurostimulator according to claim 1 characterized by the fact that said third and said fourth switches are made with a transistor which can sustain between source and drain a voltage lower than 5 V, and between gate and source a voltage lower than 5 V. 10. Neurostimolatore in accordo alla rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto di comprendere un traslatore di livello per poter comandare detto primo interruttore. 10. Neurostimulator according to claim 1 characterized in that it comprises a level shifter to be able to control said first switch. 1 1. Neurostimolatore in accordo alle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto di comprendere un circuito di protezione di detto lettore dei segnali connesso tra detto almeno un elettrodo e detto lettore dei segnali; detto circuito di protezione comprende detto primo, secondo e terzo interruttore; detto primo, secondo e terzo interruttore sono comandati da un segnale di comando. 1 1. Neurostimulator according to the preceding claims characterized in that it comprises a protection circuit for said signal reader connected between said at least one electrode and said signal reader; said protection circuit comprises said first, second and third switches; said first, second and third switches are controlled by a command signal. 12. Neurostimolatore in accordo alla rivendicazione 11 caratterizzato dal fatto che detto segnale di comando aziona detto primo interruttore tramite un traslatore di livello; detto segnale di comando aziona detto secondo e detto terzo interruttore tramite un invertitore di detto segnale di comando. 12. Neurostimulator according to claim 11 characterized in that said control signal activates said first switch by means of a level translator; said control signal operates said second and said third switch by means of an inverter of said control signal. 13. Neurostimolatore in accordo alla rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che detto generatore di stimoli elettrici comprende un generatore di corrente programmabile, in base ad una parola digitale prefissata. 13. Neurostimulator according to claim 1 characterized in that said generator of electrical stimuli comprises a programmable current generator, on the basis of a predetermined digital word. 14. Metodo per fornire stimoli elettrici tramite un circuito elettrico realizzato su un unico circuito integrato comprendente le fasi di: generare stimoli elettrici; fornire detti stimoli ad almeno un elettrodo; leggere gli stimoli ricevuti da detto almeno un elettrodo; dette fasi di fornire detti stimoli e leggere gli stimoli da detto almeno un elettrodo avvengono in momenti temporali separati. 14. Method for providing electrical stimuli by means of an electrical circuit made on a single integrated circuit comprising the steps of: generating electrical stimuli; supplying said stimuli to at least one electrode; reading the stimuli received by said at least one electrode; said steps of providing said stimuli and reading the stimuli from said at least one electrode occur at separate moments in time. 15. Metodo in accordo alla rivendicazione 14 caratterizzato dal fatto che dopo detta fase di fornire detti stimoli comprende la fase di azzerare la tensione presente ai capi di detto almeno un elettrodo. 15. Method according to claim 14 characterized in that after said step of providing said stimuli it comprises the step of zeroing the voltage present across said at least one electrode. 16. Metodo in accordo alla rivendicazione 14 caratterizzato dal fatto che detta fase di fornire detti stimoli e leggere gli stimoli da detto almeno un elettrodo comprende la fase di isolare temporaneamente i relativi mezzi realizzativi di dette fasi.16. Method according to claim 14 characterized in that said step of supplying said stimuli and reading the stimuli from said at least one electrode comprises the step of temporarily isolating the relative means for constructing said steps.